新型融合杂环纤维素衍生物通过抑制IL6/STAT3通路在结直肠癌Caco-2细胞中的抗增殖作用及机制研究

本研究针对结直肠癌（CRC）高转移性与IL6/STAT3信号通路的关键作用，设计合成了三种新型杂环纤维素衍生物MCEN (1)、MCAT (3)和MCBI (5)。通过FT-IR、NMR、SEM表征结构，并利用中性红摄取实验评估其抗Caco-2细胞活性。结果显示MCAT (3)的IC50为43.6 μg/ml（SI=3.56），显著抑制IL6/STAT3/MMP通路基因表达，分子对接证实其与PDBID:8QY5等蛋白的高亲和力。DFT计算揭示其电子离域特性，为靶向抗CRC药物开发提供新策略。

　　

结直肠癌是全球第三大高发恶性肿瘤，其转移性和耐药性仍是临床治疗的重大挑战。研究表明，IL6/STAT3信号通路的异常激活可通过上调MMP-2/9和TWIST等基因促进肿瘤侵袭转移，但现有靶向抑制剂存在选择性不足等问题。纤维素因其生物相容性和可修饰性成为药物载体研究热点，但将其直接改造为具有药理活性的杂环衍生物仍属空白。

国家研究中心的Ghada H. Elsayed和Asmaa M Fahim团队在《Journal of Molecular Structure》发表研究，通过将(Z)-2-((((2S,3R,4S,5R,6R)-4,5-二羟基-3,6-二甲氧基四氢-2H-吡喃-2-基)甲氧基)甲基)-3-(二甲氨基)丙烯腈与氨基三唑/苯并咪唑环化，成功合成MCEN (1)、MCAT (3)、MCBI (5)三种新型融合杂环纤维素衍生物。采用FT-IR、¹H/¹³C NMR和SEM完成结构确证，通过中性红实验评估细胞毒性，结合qRT-PCR检测IL6/STAT3通路基因表达，并运用分子对接和DFT理论计算阐明作用机制。

关键技术包括：1) 融合杂环纤维素衍生物的化学合成与表征；2) 中性红法测定Caco-2/MDCK细胞毒性；3) qRT-PCR分析IL6、STAT3、MMP2、MMP9、TWIST基因表达；4) 基于PDBID:3g5u等蛋白的分子对接模拟；5) DFT/B3LYP/6-311(G)理论计算电子结构参数。

3.1. Chemistry Section
通过核磁共振氢谱(7.3-8.21 ppm苯环特征峰)证实成功构建吡啶三唑纤维素骨架，SEM显示材料具有微米级多孔结构。

4.1. Cytotoxic activity assessment
MCAT (3)对Caco-2细胞的IC₅₀(43.6 μg/ml)接近阳性药阿霉素(39.19 μg/ml)，且选择性指数(SI=3.56)更高，48小时抑制率显著。

Docking of Gene expression
分子对接显示MCAT (3)与IL6蛋白(PDBID:8QY5)结合能达-14.98 kcal/mol，通过氢键与Arg30等氨基酸相互作用，优于对照化合物。

7.1. Optimization of cellulosic compounds
DFT计算表明MCAT (3)的TDOS能隙为9.247 eV，电子离域显著，绝对硬度(η)和全局亲电性指数(ω)提示其高反应活性。

该研究首次证实纤维素衍生物可通过调控IL6/STAT3通路抑制CRC转移。MCAT (3)能同时下调MMP-2/9和TWIST等转移相关基因，其三唑纤维素骨架的电子离域特性与生物活性显著相关。理论计算与实验结果的相互验证为"绿色药物"设计提供新思路，拓宽了纤维素材料在靶向抗癌领域的应用前景。研究团队特别指出，这种将天然高分子改造为具有明确作用靶点的杂环药物的策略，对开发低毒、高选择性的抗肿瘤药物具有重要启示意义。